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基于空域滤波的多天线通信系统同步检测方法

阅读：690发布：2020-05-08

专利汇可以提供基于空域滤波的多天线通信系统同步检测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于空域滤波的多天线通信系统的同步检测方法。本发明针对移动通信系统环境中基站分布密集的情况下，接收机对于目标小区基站进行同步信号的检测容易受周围其他方向的小区基站干扰这一问题。本发明实施方法包括：采用并行多路相互独立的空域滤波器对不同波束方向接收信号，进而使用相关器与本地同步序列做相关，检测同步信号；同步检测判断单元根据并行多路相关器的输出得到同步信号检测结果，决定是否进行空域滤波方向调整；如果在一段时间内没有检测到同步信号，则调整所述各空域滤波单元的接收波束方向，再重复上述并行多路空域滤波的同步信号检测过程。本发明能够有效提高对目标方向基站的同步信号检测能力。，下面是基于空域滤波的多天线通信系统同步检测方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于空域滤波的多天线通信系统的同步检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，接收机的多天线阵列同时接收M路信号作为待处理数据；
S2，将多天线接收信号分为并行N路分别进行不同波束方向的空域滤波处理获得空域滤波单元输出；
S3，采用互相关算法对每路空域滤波后的接收信号与本地同步序列做互相关，检测同步信号获得相关器输出；
S4，根据所述互相关运算输出，判断同步信号检测结果，并判断是否需要调整所述空域滤波方向；
S5，如果步骤S4判断同步信号检测成功，则不用调整空域滤波方向，否则对所述并行N路空域滤波的波束方向进行调整并返回步骤S2。
2.根据权利要求1所述的一种基于空域滤波的多天线通信系统的同步检测方法，其特征在于，所述步骤S1包括步骤：
S1-1，接收机的多天线阵列同时接收M路无线信号；
S1-2，将所述无线信号进行模数转换、低通滤波以及下采样，将所得数字基带信号作为待处理数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于空域滤波的多天线通信系统的同步检测方法，其特征在于，所述步骤S2包括步骤：
S2-1，根据目标波束方向θi并且结合天线形状特征计算得到空域滤波向量wi，wi为第i路空域滤波单元的空域滤波向量，i＝1,2,...,N，N为并行空域滤波单元数；
S2-2，计算n时刻第i路空域滤波单元输出xi(n)为：
其中，ri(n)为n时刻第i路空域滤波前，长度为M的接收信号向量；
S2-3，定义同步信号检测计数器CNT，从空域滤波向量计算完成时开始计数，用于测量对于各目标接收波束方向的同步信号检测时间。
4.根据权利要求3所述的一种基于空域滤波的多天线通信系统的同步检测方法，其特征在于，所述步骤S3包括，采用互相关算法将接收信号与本地存储的同步序列互相关，根据所述步骤S2-2可知n时刻的第i路相关器输入信号为xi(n)，则时间下标为d的第i路相关器输出为Pi(r)：
其中，s(n)表示长度为L的本地同步序列，s*(n)为对s(n)取共轭计算所得序列；xi(r+n)表示时刻为r+n时第i路相关器输入信号。
5.根据权利要求3所述的一种基于空域滤波的多天线通信系统的同步检测方法，其特征在于，所述步骤S4包括步骤：
S4-1，设置第i路同步信号相关峰检测门限为THRi，各波束方向上同步信号检测时长限定为MaxCNT；当步骤S2所述计数器的值CNT不超过限定时长MaxCNT，并且步骤S3所述相关器输出超过门限THRi，即检测到相关峰，则认为当前波束方向上检测到同步信号；
S4-2，如果步骤S2所述计数器CNT达到限定时长MaxCNT，并且N路相关器输出都没有超过各自相关检测门限THRi，那么判断为同步信号检测失败并需要对前面空域滤波方向进行调整。
6.根据权利要求5所述的一种基于空域滤波的多天线通信系统的同步检测方法，其特征在于，所述步骤S5包括步骤：
S5-1，如果步骤S4判断为同步信号检测失败并要求调整空域滤波方向，空域滤波方向调整单元对步骤S2所述的各空域滤波单元同时进行调整，修改其对应的接收波束方向；
S5-2，返回步骤S2并将步骤S2所述计数器CNT清零，重复所述步骤S2-S4进行同步信号检测。
7.根据权利要求6所述的一种基于空域滤波的多天线通信系统的同步检测方法，其特征在于，进行调整时，预先设定高值步进角度Δθ1以及低值步进角度Δθ2；当相关器输出小于相关峰门限值THR的k％时，采用高值步进角度Δθ1；当相关器输出大于相关峰门限值THR的k％时，采用低值步进角度Δθ1，其中百分数k％为经验值，根据系统对应同步信号检测的虚警概率要求调整。
8.根据权利要求3所述的一种基于空域滤波的多天线通信系统的同步检测方法，其特征在于，所述步骤S2-1中，天线阵列为等间距线型排列，空域滤波向量w(θ)的计算式子为：
其中，θ为标基站的无线信号对于接收天线阵列入射方向角，λ为无线信号载频对应的波长，为天线阵列中相邻天线接收信号的相位差,d为相邻天线间距。

说明书全文

基于空域滤波的多天线通信系统同步检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种多天线通信系统的同步检测方法。

背景技术

[0002] 同步过程是所有数字通信系统中不可或缺的一部分，同步信号对移动通信系统的正常工作起着至关重要的作用。移动通信系统在接入蜂窝网络的过程中，首先需要检测蜂窝小区基站发出的下行同步信号，从而获得与对应基站的同步，进而实现小区搜索等后续工作。

[0003] 随着用户对于移动通信系统容量需求的不断升高，为了增大带宽，移动通信系统所使用的无线信号载频在不断提高，相应的电磁波波长就在不断的降低，天线的尺寸大小也可以减小。多天线技术在当今以及未来的移动通信系统中，包括用户终端以及中继系统等设备都有广泛的应用以及重要的地位。尤其是对中继系统而言，不存在用户终端对于尺寸大小的限制，更加容易实现多天线技术。同时我们注意到，更高频率的无线载波，以及更大通信容量的需求，使得移动蜂窝小区越来越小，相应的基站也越来越密集。

[0004] 在用户终端或者中继系统接入蜂窝小区之前，即取得与目标基站同步之前，需要检测下行方向的同步信号。由于检测同步信号之前并没有对于小区基站的先验信息，通常采用全向接收方式接收信号，经过模数变换、低通滤波以及下采样等操作后在数字基带中再使用互相关算法检测同步信号。在周围基站日益密集的小区环境下，接收机对于目标小区基站进行同步信号的检测容易受周围其他方向的小区基站干扰。

发明内容

[0005] 发明目的：针对现有技术中在密集小区环境下同步信号检测容易受周围小区干扰的技术问题，本发明提供一种多天线通信系统的同步检测方法。这种多天线通信系统的同步检测方法利用接收天线阵列，通过将多路并行的空域滤波与同步信号检测相结合的方法，减少周围蜂窝小区的信号干扰，增强对目标基站发出的同步信号检测能力，并且易于实际工程实现。

[0006] 技术方案：为实现上述技术效果，本发明提出的技术方案为：

[0007] 一种基于空域滤波的多天线通信系统的同步检测方法，包括以下步骤：

[0008] S1，接收机的多天线阵列同时接收M路信号作为待处理数据；

[0009] S2，将多天线接收信号分为并行N路分别进行不同波束方向的空域滤波处理获得空域滤波单元输出；

[0010] S3，采用互相关算法对每路空域滤波后的接收信号与本地同步序列做互相关，检测同步信号获得相关器输出；

[0011] S4，根据所述互相关运算输出，判断同步信号检测结果，并判断是否需要调整所述空域滤波方向；

[0012] S5，如果步骤S4判断同步信号检测成功，则不用调整空域滤波方向，否则对所述并行N路空域滤波的波束方向进行调整并返回步骤S2。

[0013] 具体的，所述步骤S1包括步骤：

[0014] S1-1，接收机的多天线阵列同时接收M路无线信号；

[0015] S1-2，将所述无线信号进行模数转换、低通滤波以及下采样，将所得数字基带信号作为待处理数据。

[0016] 具体的，所述步骤S2包括步骤：

[0017] S2-1，根据目标波束方向θi并且结合天线形状特征计算得到空域滤波向量wi，wi为第i路空域滤波单元的空域滤波向量，i＝1,2,...,N，N为并行空域滤波单元数；

[0018] S2-2，计算n时刻第i路空域滤波单元输出xi(n)为：

[0019]

[0020] 其中，ri(n)为n时刻第i路空域滤波前，长度为M的接收信号向量；S2-3，定义同步信号检测计数器CNT，从空域滤波向量计算完成时开始计数，用于测量对于各目标接收波束方向的同步信号检测时间。

[0021] 具体的，所述步骤S3包括，采用互相关算法将接收信号与本地存储的同步序列互相关，根据所述步骤S2-2可知n时刻的第i路相关器输入信号为xi(n)，则时间下标为d的第i路相关器输出为Pi(d)：

[0022]

[0023] 其中，s(n)表示长度为L的本地同步序列，s*(n)为对s(n)取共轭计算所得序列；xi(d+n)表示时刻为d+n时第i路相关器输入信号。

[0024] 具体的，所述步骤S4包括步骤：

[0025] S4-1，设置第i路同步信号相关峰检测门限为THRi，各波束方向上同步信号检测时长限定为MaxCNT；当步骤S2所述计数器的值CNT不超过限定时长MaxCNT，并且步骤S3所述相关器输出超过门限THRi，即检测到相关峰，则认为当前波束方向上检测到同步信号；

[0026] S4-2，如果步骤S2所述计数器CNT达到限定时长MaxCNT，并且M路相关器输出都没有超过各自相关检测门限THRi，那么判断为同步信号检测失败并需要对前面空域滤波方向进行调整。

[0027] 具体的，所述步骤S5包括步骤：

[0028] S5-1，如果步骤S4判断为同步信号检测失败并要求调整空域滤波方向，空域滤波方向调整单元对步骤S2所述的各空域滤波单元同时进行调整，修改其对应的接收波束方向；

[0029] S5-2，返回步骤S2并将步骤S2所述计数器CNT清零，重复前面所述步骤进行同步信号检测。

[0030] 具体的，进行调整时，预先设定高值步进角度Δθ1以及低值步进角度Δθ2；当相关器输出小于相关峰门限值THR的k％时，采用高值步进角度Δθ1；当相关器输出大于相关峰门限值THR的k％时，采用低值步进角度Δθ1，其中百分数k％为经验值，根据系统对应同步信号检测的虚警概率要求调整。

[0031] 具体的，所述步骤S2-1中，天线阵列为等间距线型排列，空域滤波向量w(θ)的计算式子为：

[0032]

[0033] 其中，θ为标基站的无线信号对于接收天线阵列入射方向角，λ为无线信号载频对应的波长，为天线阵列中相邻天线接收信号的相位差。

[0034] 具体的，天线阵列中相邻天线接收信号的相位差通过下式求得：

[0035]

[0036] 其中，d为相邻天线间距。

[0037] 有益效果：本发明应用于多天线移动通信系统的同步信号检测中，利用接收天线阵列，采用并行多路空域滤波与同步信号检测相结合的方法，在密集小区的环境中能够有效抵抗周围小区干扰信号，快速有效地实现对目标小区同步信号的检测。附图说明

[0038] 图1为本发明实施例的结构示意图；

[0039] 图2为本发明实施例等间距线型天线阵列的接收信号与方向角度的关系示意图；

[0040] 图3为本发明实施例空域滤波器的结构示意图；

具体实施方式

[0041] 下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

[0042] 如图1所示为本发明实施例的结构示意图，本实施例包括以下步骤：

[0043] S1，接收机的多天线阵列同时接收M路信号作为待处理数据，具体包括步骤：

[0044] S1-1，接收机的多天线阵列同时接收M路无线信号；

[0045] S1-2，将所述无线信号进行模数转换、低通滤波以及下采样，将所得数字基带信号作为待处理数据。

[0046] S2，将多天线接收信号分为并行N路分别进行不同波束方向的空域滤波处理获得空域滤波单元输出，具体包括步骤：

[0047] S2-1，定义wi为第i路空域滤波单元的空域滤波向量，目标波束方向为θi，空域滤波向量wi根据目标波束方向θi并且结合天线形状特征计算得到。

[0048] 如图2所示，本发明实施例中天线阵列为等间距线型排列，假设天线间距为d，目标基站的无线信号对于接收天线阵列入射方向角为θ，那么相邻天线间无线信号传输距离差为dsinθ，那么天线阵列中相邻天线接收信号的相位差即为：

[0049]

[0050] 其中，λ为无线信号载频对应的波长。本发明实施例中θ波束方向对应的空域滤波向量w(θ)的计算式子为：

[0051]

[0052] S2-2，定义ri(n)为n时刻第i路空域滤波前，长度为M的接收信号向量，相应的n时刻第i路空域滤波单元输出为：

[0053]

[0054] 其中，i＝1,2,...,N，N为并行空域滤波单元数。

[0055] 如图3所示，本发明实施例中并行N路空域滤波器相互独立，各自对应于一个波束接收方向。每一路空域滤波单元中实现步骤S2-2所述算法，加强其对应方向角度的接收信号并抑制其他方向信号，从而得到最大接收信噪比。

[0056] S2-3，定义同步信号检测计数器CNT，从空域滤波向量计算完成时开始计数，用于测量对于各目标接收波束方向的同步信号检测时间。

[0057] S3，采用互相关算法对每路空域滤波后的接收信号与本地同步序列做互相关，检测同步信号获得相关器输出。根据所述步骤S2-2可知第i路，时刻为n的相关器输入信号为xi(n)，定义长度为L的本地同步序列为s(n)，s*(n)表示对s(n)取共轭计算所得序列，第i路时间下标为d的相关器输出为Pi(d)：

[0058]

[0059] S4，根据所述互相关运算输出，判断同步信号检测结果，并判断是否需要调整所述空域滤波方向，具体包括步骤：

[0060] S4-1，定义第i路同步信号相关峰检测门限为THRi，各波束方向上同步信号检测时长限定为MaxCNT，当步骤S2所述计数器的值CNT不超过限定时长MaxCNT，并且步骤S3所述相关器输出Pi(d)超过这一门限，即检测到相关峰，则认为当前波束方向上检测到同步信号；

[0061] S4-2，如果步骤S2所述计数器CNT达到或者超过限定时长MaxCNT，并且M路相关器输出都没有超过各自相关检测门限THRi，那么判断为同步信号检测失败并需要对前面空域滤波方向进行调整。

[0062] S5，如果步骤S4判断同步信号检测成功，则不用调整空域滤波方向，否则对所述并行N路空域滤波的波束方向进行调整并返回步骤S2：

[0063] S5-1，如果步骤S4判断为同步信号检测失败并要求调整空域滤波方向，空域滤波方向调整单元对步骤S2所述的各空域滤波单元同时进行调整，修改其对应的接收波束方向，并行各路波束方向角度调整大小为Δθ；

[0064] 这里可以按照多个预先设定的调整角度，根据相关器的输出和相关峰检测门限THR的大小关系，分别采用不同的调整角度，进行调整。

[0065] 例如，可以预先设定两种步进角度Δθ1以及Δθ2，其中Δθ1较大，Δθ2较小。当相关器输出小于相关峰门限值THR的k％时，采用较大的步进角度Δθ1；当相关器输出大于相关峰门限值THR的k％时，采用较小的步进角度Δθ2，其中百分数k％为经验值，可以根据系统对应同步信号检测的虚警概率要求调整。

[0066] 通过不同的调整角度，从而可以实现更快的同步检测。

[0067] S5-2，根据修改后的波束方向重新计算空域滤波向量，并将步骤S2所述计数器CNT清零，重复前面所述步骤进行同步信号检测。

[0068] 本发明中同步信号相关峰检测门限THRi，各波束方向上同步信号检测限定时长MaxCNT、空域滤波器的波束方向角度调整大小Δθ均为经验值，可适当调整。

[0069] 本发明的一种多天线通信系统的同步检测方法可以使用于移动蜂窝小区的中继系统或用户终端中，对天线阵列接收的多天线信号采用了并行多路的空域滤波处理，在小区基站密集的环境下能够抵消周围干扰，提高对目标小区基站的同步信号检测能力。

[0070] 以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，但并不能因此理解为对本发明专利范围的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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